CN109520742A - 一种用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，包括一个驱动头和四个加载头，驱动头包括驱动头底座、变频驱动电机、减速升扭传动箱和系统动力输入测试机构,加载头包括加载头底座、变频加载电机、升速降扭传动箱和桥单边输出动力测试机构，两个加载头对称设置在被试中桥的左右两侧，两个加载头对称设置在被试后桥的左右两侧，被试中桥与被试后桥通过后桥输入测试机构相连，驱动头与被试中桥的动力输入端相连；所有测试机构均包括依次串联的联轴器、传感器、联轴器。能同时对中桥、后桥进行试验验证，特别适用于中桥后桥间有轴间差速器的重型汽车驱动系统测试；台架积木式组合结构，便于快速组装搭接，扩大试验台的适用范围。

Description

一种用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路

技术领域

本发明属于汽车测试系统技术领域，具体涉及一种用于测量重型汽车双驱动桥的试验台，能同时对重型汽车的中桥及后桥进行测试。

背景技术

重型汽车在实际使用中，驱动桥损坏比例相对较高，除与使用环境恶劣有关外，还与在驱动桥设计阶段的试验验证方法有关。重型汽车一般采用中后桥驱动，由于功率大，输出扭矩大，一直以来，国内都是采用各自独立的测试台分别对中桥、后桥进行试验验证。

这种对中桥、后桥单独进行测试的方式，与车辆实际使用工况严重不符，特别是对于有轴间差速器的重型汽车驱动系统，不能很好地对中桥、后桥的性能进行测试评价。为了减少损坏，车桥制造厂不断从设计、工艺、材料等方面加强驱动桥，导致车辆簧力质量不断加重，对车辆安全平稳运行造成威胁。

发明内容

本发明旨在提供一种用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，能同时对中桥、后桥进行试验验证，特别适用于中桥后桥间有轴间差速器的重型汽车驱动系统测试，使测试评价结果与车辆实际使用工况相符。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，包括一个驱动头和四个加载头，所述驱动头包括驱动头底座，以及依次串联安装在驱动头底座上的变频驱动电机、减速升扭传动箱和系统动力输入测试机构,所述加载头包括加载头底座，以及依次串联安装在加载头底座上的变频加载电机、升速降扭传动箱和桥单边输出动力测试机构，其中两个加载头对称设置在被试中桥的左右两侧并分别与被试中桥的两个动力输出端相连，另外两个加载头对称设置在被试后桥的左右两侧并分别与被试后桥的两个动力输出端相连，所述被试中桥与被试后桥前后间隔设置并通过后桥输入测试机构相连，所述驱动头与被试中桥的动力输入端相连，从而使用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路整体呈“土”字形布置；所述系统动力输入测试机构、桥单边输出动力测试机构、后桥输入测试机构均包括依次串联的联轴器、传感器、联轴器。

作为上述方案的优选，所述联轴器采用鼓形齿式联轴器，变频驱动电机的功率为710KW，变频加载电机的功率为380KW。传感器在测试过程中能发生扭转，不能发生弯曲，同心度要求高，在传感器的两侧安装具有挠性的鼓形齿式联轴器，能自身发生前后、左右、上下摆动，从而对传感器进行有效的保护。优化变频驱动电机和变频加载电机的功率，确保四个加载头等速等功率。

进一步优选为，所述减速升扭传动箱还配备有一个1:1传动比的第二输出端头，且该第二输出端头与第一输出端头位于减速升扭传动箱的同一侧，第二输出端头与输入端头在同一直线上。在减速升扭传动箱上增加一个1:1传动比的第二输出端头用于高铁齿轮箱高速试验，扩大试验台的适用范围。

进一步优选为，所述变频驱动电机与减速升扭传动箱之间、系统动力输入测试机构与被试中桥之间、变频加载电机与升速降扭传动箱之间、桥单边输出动力测试机构与被试中桥之间、被试中桥与后桥输入测试机构之间、后桥输入测试机构与被试后桥之间分别通过传动轴相连。

进一步优选为，所述升速降扭传动箱为固定传动比，每个所述加载头还配备有一个可变传动比的升速箱，且升速降扭传动箱与升速箱串联使用。加载头采用两级升速，能使变频加载电机处于最佳转速区域状态，从而保护变频加载电机，延长变频加载电机的使用寿命；并且，通过两级升速后，能将用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路的适用范围，用于工程车的驱动系统测试。

进一步优选为，所述变频加载电机配备有两个输出端头，另一端头用于进行重型车变速器总成的效率和寿命试验。不改变原有试验台，通过积木式搭接来增加试验台的适用范围。

本发明的有益效果：

(1)、由一个驱动头和四个加载头构成的呈“土”字形布置的五动力头同时工作，能同时对中桥、后桥进行试验验证，特别适用于中桥后桥间有轴间差速器的重型汽车驱动系统测试，使测试评价结果与车辆实际使用工况相符，避免盲目加强驱动桥对车辆安全平稳运行造成威胁；

(2)、台架积木式组合结构，便于快速组装搭接，并通过不同的组合搭接，来扩大试验台的适用范围，使试验台的功能全面，避免不同试验台的设置增加试验设备成本及占用场地。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是减速升扭传动箱上增加一个1:1传动比的第二输出端头用于高铁齿轮箱高速试验的状态。

图3是是加载头用于进行重型车变速器总成的效率和寿命试验的状态。

图4加载头采用两级升速的状态。

图5为本发明电路连接示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，主要由一个驱动头A、四个加载头B组成。

驱动头A配备有驱动头底座1,在驱动头底座1上依次串联安装有变频驱动电机2、减速升扭传动箱3和系统动力输入测试机构4。驱动头A用于模拟重型汽车的动力驱动系统。系统动力输入测试机构4用于测试系统动力输入。

加载头B配备有加载头底座5，在加载头底座5上依次串联安装有变频加载电机6、升速降扭传动箱7和桥单边输出动力测试机构8。加载头B用于模拟重型汽车的轮胎。四个加载头B分别对应中桥、后桥上的四个轮胎。桥单边输出动力测试机构8用于测试对应的桥单边输出动力，其中与中桥对应的桥单边输出动力测试机构8用于测试中桥单边输出动力，与后桥对应的桥单边输出动力测试机构8用于测试后桥单边输出动力。

其中两个加载头B对称设置在被试中桥9的左右两侧，并分别与被试中桥9的两个动力输出端相连。另外两个加载头B对称设置在被试后桥10的左右两侧，并分别与被试后桥10的两个动力输出端相连。被试中桥9和被试后桥10为被试件。

被试中桥9与被试后桥10前后间隔设置并通过后桥输入测试机构11相连，后桥输入测试机构11用于测试后桥动力输入。

除此之外，驱动头A与被试中桥9的动力输入端相连，从而使用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路整体呈“土”字形布置。

系统动力输入测试机构4、桥单边输出动力测试机构8、后桥输入测试机构11均由依次串联的联轴器12、传感器13、联轴器12组成。

最好是，联轴器12采用鼓形齿式联轴器，变频驱动电机2的功率为710KW，变频加载电机6的功率为380KW。

减速升扭传动箱3还配备有一个1:1传动比的第二输出端头3b，且该第二输出端头3b与第一输出端头3a位于减速升扭传动箱3的同一侧，第二输出端头3b与输入端头3c在同一直线上。通过第二输出端头3b与高铁齿轮箱相连，从而进行高铁齿轮箱17的高速验证试验，如图2所示，其中未连接的零部件全部省略。

另外，变频驱动电机2与减速升扭传动箱3之间、系统动力输入测试机构4与被试中桥9之间、变频加载电机6与升速降扭传动箱7之间、桥单边输出动力测试机构8与被试中桥9之间、被试中桥9与后桥输入测试机构11之间、后桥输入测试机构11与被试后桥10之间分别通过传动轴15相连。系统动力输入测试机构4、桥单边输出动力测试机构8、后桥输入测试机构11上还设置有支撑座14用于安装传动轴15的端头。

升速降扭传动箱7为固定传动比，每个加载头B最好还配备有一个可变传动比的升速箱16，且升速降扭传动箱7与升速箱16串联使用，如图4所示。

变频加载电机6配备有两个输出端头，另一端头用于进行重型车变速器总成18的效率和寿命试验，其中未连接的零部件全部省略。

用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路适用于输入扭矩不大于50kN·m、单边输出不大于300kN·m，输入转速不高于200r/min，传递功率不大于630kW的速比在4～24之间的各类重型车和非公路用车驱动桥总成试验。

除上所述的验证试验外，还可以不同的搭接方式进行单桥试验、中桥及桥间差速器试验等。如果把输入端减速箱换成原车变速箱，并用原车传动轴替代后桥输入测量装置，就能够对原车传动系统进行试验。特别是效率试验对整车节能减排设计具有重要意义。可以进行中桥的常规项目试验，也可以进行桥间差速器试验。

根据试验台试验能力要求和匹配计算，驱动电机和加载电机性能要求见表1和表2。

表1驱动电机性能要求

表2对710kW电机在高速段的转矩要求

转速	3240	2430	2160	2025	1890	1620	2700	1598	5900
										扭矩	2093	2790	3139	3348	3588	4185	2511	4244	1149

由于试验台兼顾了轨道交通用减速箱，因此输入转速最高要求为6500r/min。根据我国电机的实际设计制造水平，对高速电机只提出功率和转速要求是达不到试验台要求的，一般高速电机在高速段输出转矩会大幅下降，实际输出功率也会快速下降。

电封闭控制系统采用艾默生变频器，采用直流母线并联，加载电机发出的电能通过直流母线回馈到驱动电机的直流母线，系统从电网摄取的电能用于补充控制系统效率损失，达到节约能源的目的。

艾默生变频器其特点为除具备转速控制和主动加载功能外，还有被动加载功能，即在零速(未被带动)时，加载给定无效，当系统失载时，电机不会失控。试验过程中如果出现某个环节损坏如试件损坏、连接件断裂等，系统就失载，电机不会失速，这对保障系统安全和人员安全至关重要。

系统配置采用艾默生1624型功率模块，其性能参数为电流168A，功率185kW。0#(驱动电机)配置5个功率模块；1#、2#(中桥加载电机)各配置2个功率模块；3#、4#(后桥加载电机)各配置3个功率模块，主要是满足非道路运输车辆和工程机械驱动桥以及重型车变速箱试验要求。

考虑到上位机因各种原因可能出现不能正常工作的状况特设计了控制面板，可以独立操控试验系统，并在上位机出现故障或上位机与PLC发生通讯故障时，设备仍能保持原运行状态。为了保障试验系统运行安全，在PLC内置了快速停机执行程序，当紧急情况发生时，试验人员可以在操作面板、上位机、外设快停键等任何一处方便进行紧急停机。

试验数据采集与控制系统是试验台的重要组成部分，其应工作可靠，测量精度高。该系统主要对各类开关量信号，驱动桥的输入转速、扭矩，输出转速、扭矩，试件的油温，电机的轴承温度、延伸端温度、线圈绕组温度，变速箱的润滑油压，以及其他重要信息进行采集。这些信号的及时获取便于控制和协调系统的总体运行。如加载量的控制，差速控制等。以上都严格按试验规范和标准协调工作，完成试验及测试，同时为监测和分析提供数据。

辅助控制主要是为了润滑安全、电机安全、系统安全而设计的，包括动力头齿轮箱润滑油泵任意一台没有开启，试验系统不能启动；动力头电机冷却风机没有开启时，相应的电机不能启动；试件油温控制机没有开启，试验系统也不能启动。

为了监控试件状态，尽早发现试件缺陷、便于分析故障形成机理、找到解决故障的办法，提高产品质量，同时也能够早期避免试件损坏而导致试验系统的损坏，配置了一套б故障诊断仪，其特点是通过对同类试件的多次试验，可自学习形成控制参数，达到监控目的，也可以人为设定控制参数，达到监控目的。控制系统见图3。

测控系统共有32路传感器信号(其中扭矩、转速信号8路，配置7个应变式传感器)；3路加速度信号，温度信号16路(配置16个温度传感器，分配为电机5个、变速箱5个、试件1个)；5路风冷(5台电机各1个)其中使用风机对相应的驱动电机和负载电机进行降温操作，防止及其过热造成测试台劳损严重影响实验数据采集，此外，使用5路润滑(5台变速箱各1个)进行驱动电机和负载电机的润滑工作，通过油阀控制油泵工作进行加油和补油操作；32路开关量(输入24/输出8)。

如图5所示，选择1台710kW驱动电机作为驱动头和4台380kW电机作为加载头，在功率上能够满足预设试验要求。通过匹配计算，配置速比13.5的减速箱能够满足驱动桥的输入转速/扭矩要求，升速箱速比21与法斯特12档变速器匹配使用，能够覆盖速比在4～24之间的各类重型车和非公路用车驱动桥总成输出加载要求。

如图5所示，该工作电路包括：上位机连接PLC控制器信号端，PLC控制器变频控制端通过DP总线连接重型汽车试验台变频器模块信号端，该变频器模块信号输出端连接驱动电机工作端和第一负载电机工作端、第二负载电机工作端、第三负载电机工作端和第四负载电机工作端，PLC控制器油泵信号端分别连接驱动电机油泵工作端和第一负载电机油泵工作端、第二负载电机油泵工作端、第三负载电机油泵工作端和第四负载电机油泵工作端，PLC控制器风机信号端分别连接驱动电机风机工作端和第一负载电机风机工作端、第二负载电机风机工作端、第三负载电机风机工作端和第四负载电机风机工作端。

上位机与无线通讯适配器信号发送端连接，无线通讯适配器信号接收端连接油温控制系统，油温控制系统通过循环水对该系统进行冷却处理，油温控制系统设置进水口和出水口作为循环水的进入和排放操作，上位机通过以太网连接监控系统，监控系统连接转速转矩传感器信号端，转速转矩传感器通过CAN总线连接上位机，加速度传感器连接监控系统获取加速度数据。

通过整流回馈电路对市电通过升压器进行升压之后的整流回馈，然后连接驱动头电机和4个加载头电机的逆变器。

710V变频器对应的编码器为RVI58N-011K1-R61N-01024；

380V变频器对应的编码器RDD-1637-16-P100。

所述变频器模块包括：

该驱动电机通过变频器进行功率控制，由三相电源分别连接三相电感耦合器输入端，三相电感耦合器输出端连接空气开关输入端，空气开关输出端连接熔断器F1一端，熔断器F1另一端连接变频回馈整流器输入端，变频回馈整流器，该变频回馈整流器第一电源输出端连接第一保险丝一端，第一保险丝另一端连接第一变频器电源输入端(R、S、T)，第一变频器空开保护输出端连接电容空开保护器，第一变频器直流工作端连接直流导线，在直流导线和第一变频器直流工作端之间还连接FU1保险，该变频回馈整流器第二电源输出端连接第二保险丝一端，第二保险丝另一端连接第二变频器电源输入端(R、S、T)，第二变频器直流工作端连接直流导线，在直流导线和第二变频器直流工作端之间还连接FU3保险，该变频回馈整流器输出端还连接第三保险丝一端，第三保险丝另一端连接通信电源输入端，该通信电源输出端连接第三变频器电源输入端，该第三变频器直流工作端连接直流导线，通过DP总线传输到PLC控制器。

Claims (6)

1.一种用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，其特征在于：包括一个驱动头(A)和四个加载头(B)，所述驱动头(A)包括驱动头底座(1)，以及依次串联安装在驱动头底座(1)上的变频驱动电机(2)、减速升扭传动箱(3)和系统动力输入测试机构(4),所述加载头(B)包括加载头底座(5)，以及依次串联安装在加载头底座(5)上的变频加载电机(6)、升速降扭传动箱(7)和桥单边输出动力测试机构(8)，其中两个加载头(B)对称设置在被试中桥(9)的左右两侧并分别与被试中桥(9)的两个动力输出端相连，另外两个加载头(B)对称设置在被试后桥(10)的左右两侧并分别与被试后桥(10)的两个动力输出端相连，所述被试中桥(9)与被试后桥(10)前后间隔设置并通过后桥输入测试机构(11)相连，所述驱动头(A)与被试中桥(9)的动力输入端相连，从而使用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路整体呈“土”字形布置；所述系统动力输入测试机构(4)、桥单边输出动力测试机构(8)、后桥输入测试机构(11)均包括依次串联的联轴器(12)、传感器(13)、联轴器(12)；

还包括：上位机连接PLC控制器信号端，PLC控制器变频控制端通过DP总线连接重型汽车试验台变频器模块信号端，该变频器模块信号输出端连接驱动电机工作端和第一负载电机工作端、第二负载电机工作端、第三负载电机工作端和第四负载电机工作端，PLC控制器油泵信号端分别连接驱动电机油泵工作端和第一负载电机油泵工作端、第二负载电机油泵工作端、第三负载电机油泵工作端和第四负载电机油泵工作端，PLC控制器风机信号端分别连接驱动电机风机工作端和第一负载电机风机工作端、第二负载电机风机工作端、第三负载电机风机工作端和第四负载电机风机工作端。

2.按照权利要求1所述的用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，其特征在于：所述联轴器(12)采用鼓形齿式联轴器，变频驱动电机(2)的功率为710KW，变频加载电机(6)的功率为380KW。

3.按照权利要求1或2所述的用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，其特征在于：所述减速升扭传动箱(3)还配备有一个1:1传动比的第二输出端头(3b)，且该第二输出端头(3b)与第一输出端头(3a)位于减速升扭传动箱(3)的同一侧，第二输出端头(3b)与输入端头(3c)在同一直线上。

4.按照权利要求3所述的用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，其特征在于：所述变频驱动电机(2)与减速升扭传动箱(3)之间、系统动力输入测试机构(4)与被试中桥(9)之间、变频加载电机(6)与升速降扭传动箱(7)之间、桥单边输出动力测试机构(8)与被试中桥(9)之间、被试中桥(9)与后桥输入测试机构(11)之间、后桥输入测试机构(11)与被试后桥(10)之间分别通过传动轴(15)相连。

5.按照权利要求3所述的用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，其特征在于：所述升速降扭传动箱(7)为固定传动比，每个所述加载头(B)还配备有一个可变传动比的升速箱(16)，且升速降扭传动箱(7)与升速箱(16)串联使用。

6.按照权利要求1所述的用于重型汽车双驱动桥试验台的工作电路，其特征在于：所述变频加载电机(6)配备有两个输出端头，另一端头用于进行重型车变速器总成的效率和寿命试验。